摘要:為研究以變溫航空潤滑油為工作介質的熱水計量表儀表係數修正方法，利用變溫航空潤滑油流量標準裝置對4支熱水計量表在多個溫度點下進行了校準試驗，通過雙指數衰減函數對校準結果進行擬合修正。結果表明，各溫度點和流量點熱水計量表儀表係數與校準結果誤差小於1%，修正方法具有較好的通用性。
引言
熱水計量表因具有重複性好、量程範圍寬、適應性強、精度高及體積小等特點，被廣泛應用於流量試驗、石油計量、工業生產及航空發動機研製試驗等領域。目前，在低粘度工作介質(如航空煤油)流量測量中，熱水計量表具有良好性能表現;而在粘溫特性較差的航空潤滑油流量測量中，因其粘度隨溫度變化較大(40℃時運動粘度約為17cSt，100℃時粘度約為5cSt)且熱水計量表對介質粘度較為敏感，直接使用熱水計量表校準結果尚無法滿足試驗要求。
本文以航空潤滑油流量標準裝置為試驗平台，對4支熱水計量表在不同溫度點進行校準試驗，對儀表係數隨粘度和流量變化關係進行分析，並通過雙指數衰減函數對儀表係數(K)和頻率與粘度之商(F/υ)進行曲線擬合。
1試驗設備
1.1標準裝置
航空潤滑油流量校準裝置如圖1所示。該裝置采用電機驅動標準計量油缸的結構形式，主要由計量油缸、電機及控製器、滾珠絲杠、直線導軌、校準管路、切換閥門、油箱、控溫機組、溫度壓力傳感器、測量光柵尺、數據采集係統、測量控製計算機等部件構成。裝置采用伺服電機驅動標準計量油缸產生標準流量源，計量油缸同時作為容積標準，與光柵配合構成流量測量係統。標準裝置技術指標為:流量範圍為0.5～160L/min;擴展不確定度為0.05%(k=2);溫度範圍為20～120℃。

1.2被試流量計
試驗所用流量計是某研究所熱水計量表，流量計信息如表1所示。

2校準試驗結果
利用航空潤滑油流量標準裝置在20，30，40，50，60，80℃下分別對4支熱水計量表進行校準試驗。流量計校準流量點分別為6，17，28，39，50L/min;流量計校準流量點分別為12，24，36，48，60L/min。圖2和圖3分別是SN:1744和SN:1655兩支熱水計量表在各溫度點儀表係數K隨流量q變化曲線，從中可以看出，不同溫度點下流量計儀表係數差異很大。


4支流量計各流量點q下儀表係數誤差ET曲線如圖4所示。

儀表係數差異ET為

式中:K80為某流量點80℃下儀表係數，L-1;K20為某流量點20℃下儀表係數，L-1。
經計算可得，低流量點儀表係數最大相差14%以上，高流量點儀表係數最小相差約2%。
3修正方法研究
3.1儀表係數與雷諾數關係
熱水計量表不同溫度點儀表係數差異很大，主要原因是溫度改變導致航空潤滑油粘度改變。校準結果中儀表係數隨流量變化曲線未體現滑油粘度對熱水計量表的影響，流量計儀表係數K隨雷諾數的變化曲線如圖5和圖6所示。同一支流量計在雷諾數相近的情況下，其對應的儀表係數很接近，儀表係數是雷諾數的單值函數。雷諾數Re關係式為

式中:q為體積流量，m3/s;d為熱水計量表內徑，m;ν為某溫度點下滑油運動粘度，cSt;
多溫度點下實際測量航空潤滑油粘度，並擬合粘度ν與溫度T函數關係，進而通過該函數關係計算校準試驗各溫度點下介質粘度。粘度與溫度函數關係式為

3.2儀表係數曲線擬合
儀表係數與雷諾數存在單值函數關係，而雷諾數

可由平均流速和運動粘度計算得到，所以儀表係數K是流量計輸出頻率與運動粘度之商(F/v)的函數。研究最終確定采用雙指數衰減函數進行擬合，雙指數衰減函數Kfit表示為

表2是流量計擬合曲線係數。通過R－square值對擬合度進行評估，4支流量計擬合優度值處於0.992～0.997之間，擬合結果非常好。

SN:1744和SN:1655兩支流量計擬合曲線分別

如圖7與圖8所示。通過擬合公式計算各溫度和頻率下的熱水計量表儀表係數，再通過式(5)和式(6)計算對應體積流量和擬合誤差。4支流量計擬合計算結果與標準流量最大誤差分別是0.94%，0.80%，0.62%和0.54%。


4結論
利用航空潤滑油流量標準裝置對四支熱水計量表進行了多個溫度點實流校準試驗，並利用雙指數衰減函數進行了擬合修正，擬合優度可達0.992以上。通過擬合公式對各溫度點和頻率點進行流量計算，計算結果與標準裝置給定值最大誤差小於1%。研究結果表明，將雙指數衰減函數應用於變溫工況滑油流量測量修正具有較強可行性與實用性。